UTBM filieres de realisation rapide 2005 imap

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Nom : UV PR 51 Prénom : Final automne2004 Signature : Le 16/01/2006 Niveau IMaP__ FINAL PR51 Filières de réalisation rapide Lundi 16 janvier 2006 de 8h à 10h • Documents autorisés. • Répondre sur le document sujet pour les parties 1 et 2. Développer la partie 3 sur une copie d'examen. • La partie 1sera notée sur 4 points. • La partie 2 sera notée sur 4 points. • La partie 3 sera notée sur 12 points. Nom : UV PR 51 Prénom : Final automne2004 Signature : Le 16/01/2006 Niveau IMaP__ Partie1 : modélisation et reconstruction Correcteur E Gete Modélisation et reconstruction : 1) Parmi les formats d’échange suivants lesquels proposent une modélisation exacte de la pièce exportée : Vrml, Iges, Stl, Step 2) Sur la figure suivante indiquez l’arête ou les arêtes non manifold. Expliquez pourquoi. Nom : UV PR 51 Prénom : Final automne2004 Signature : Le 16/01/2006 Niveau IMaP__ Partie 2 : rôle du prototype (4 points) Correcteur P.A.Weite 2.1 Qu'appelle-t-on représentativité d'un prototype ? (2 points) 2.2 L'annexe 1 est un document promotionnel diffusé par la société SLA, qui réalise des machines de prototypage rapide par stéréolithographie. Elle présente la réalisation de prototypes de pièces de moteurs thermiques d'automobiles, destinées à caractériser l'écoulement du liquide de refroidissement, en filmant le cheminement de bulles ...
Publié le : jeudi 21 juillet 2011
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Nom :
UV
PR 51
Prénom
:
Final
automne2004
Signature :
Le 16/01/2006
Niveau IMaP__
FINAL PR51
Filières de réalisation rapide
Lundi 16 janvier 2006 de 8h à 10h
Documents autorisés.
Répondre sur le document sujet pour les parties 1 et 2. Développer la partie 3 sur une
copie d'examen.
La
partie
1sera notée sur 4 points.
La partie
2 sera notée sur 4 points.
La
partie 3
sera notée sur 12 points.
Nom :
UV
PR 51
Prénom
:
Final
automne2004
Signature :
Le 16/01/2006
Niveau IMaP__
Partie1 : modélisation et reconstruction
Correcteur E Gete
Modélisation et reconstruction :
1)
Parmi les formats d’échange suivants lesquels proposent une modélisation exacte de la
pièce exportée :
Vrml, Iges, Stl, Step
2)
Sur la figure suivante indiquez l’arête ou les arêtes non manifold. Expliquez pourquoi.
Nom :
UV
PR 51
Prénom
:
Final
automne2004
Signature :
Le 16/01/2006
Niveau IMaP__
Partie 2 : rôle du prototype (4 points)
Correcteur P.A.Weite
2.1 Qu'appelle-t-on représentativité d'un prototype ? (2 points)
2.2
L'annexe 1 est un document promotionnel diffusé par la société SLA, qui réalise des
machines de prototypage rapide par stéréolithographie. Elle présente la réalisation de
prototypes de pièces de moteurs thermiques d'automobiles, destinées à caractériser
l'écoulement du liquide de refroidissement, en filmant le cheminement de bulles ou de
particules qui y sont introduites. Ces prototypes sont spécifiques à ce type d'essai, dans lequel
le moteur ne fonctionne pas.
Quelles sont les propriétés des pièces requises pour cet essai ? (2 points)
Nom :
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PR 51
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automne2004
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Le 16/01/2006
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Partie 3 : mise en situation
Correcteur R lachat
Nous allons juger de votre efficacité à gérer l’atelier de prototype et présérie, donc votre
capacité à proposer
les réponses les plus adaptés à l’activité de la société
dans les meilleurs
délais pour un coût maîtrisé. Le service emploie 10 personnes et génère l’équivalent d’un
chiffre d’affaires annuel
de 500 K€.
Les produits sont des petits appareillages électroportatifs fabriqués en grande série conçus sur
des technologies similaires. La figure éclatée
suivante en est un exemple type.
Nature de la pièce
Fréquence
nombre
Fréquence
en charge
de travail
et coût
visserie
32%
5%
Plastique injectée
24%
45%
Décolletage
12%
6%
tôlerie
10%
20%
Métal fritté
8%
8%
Fil ressort
8%
8%
Fonderie Fine
4%
8%
Ensemble fini
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UV
PR 51
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Final
automne2004
Signature :
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Aspec t typique des pièces
Fonderie fine
tolerie
Plastique injecté
Métal fritté
visseri
Fil ressor
Décolletag
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Final
automne2004
Signature :
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Liste des Matériels
disponibles
capacité
Fraiseuse CN 5
axes
tous matériaux
300x300x150
Presse manuelle de
pliage et
emboutissage
50 tonnes
Capacité d’accueil de
tas d’emboutissage et
couteaux de pliage
300x300
Course 400
Tour, rectifieuse et
petite mécanique
standard
Four de traitement
thermique
L 150xh100xP300
ensemble de coulée
sous vide de
polymère bi-
composant et
silicone
Logiciel de CFAO
Atelier de modelage
Cabine peinture
Ponçage
Petits travaux manuels
Travail demandé
1.
Pour chaque catégorie de pièce que vous avez à réaliser; citez le ou
les critères de
représentativité les plus probables qui vous seront demandés, et classez-les par ordre
de fréquence de demande (extrapolez autour du cycle de développement d’un produit
tel que celui présenté)
2.
Avec les moyens qui sont à votre disposition, proposez, par type de produit, la
méthode de prototypage qui vous semble le plus adaptée
afin d’obtenir
la
représentativité définie précédemment et en utilisant au maximum la définition
numérique des produit
3.
Dans la liste des investissements proposés,
classez les 2 premiers afin de faciliter le
fonctionnement du service ; justifier votre choix par des arguments construits et
chiffrés (utilisation, prix, délai …..).
Liste des matériels
pouvant être acquis
Machine de stéréo
lithographie
150000€
Cuve de résine de
150x150*100
Ep couche 0.05 à 0.15
Précision de
positionnement XY +/-
0.1
Temps moyenne de
réalisation d’une
couche1 min
Machine découpe jet
d’eau
40000€
Surface de découpe
1000x1000
Précision pos XY +/-0.1
Tôle mini 0.5 max10
Usinage Charly robot
15000€
Matériaux tendres
Table 400*600
Course Z 60
Chaîne moulage
métallique à la cire
perdue de
60000€
Pot d’injection de cire
Circuit d’enrobage
céramique automatisé
Etuve
de préchauffage
Creuset électrique de
fonte alliages métaux
léger
P
r
o
t
o
t
y
p
a
g
e
R
a
p
i
d
e
SLM
POUR
V
OLKSWAGEN
Volkswagen valide ses circuits de refroidissement
avec le système SLA 7000 de 3D Systems
Les moteurs modernes ont une puissance volumique très élevée. Leur
conception s'approche toujours davantage des limites de résistance des matériaux,
aussi la moindre défaillance du système de refroidissement peut avoir de graves
conséquences. Les résultats des calculs théoriques sont donc vérifiés et validés par
une analyse des écoulements réalisée sur une maquette de stéréolithographie.
Peter Look, Directeur Gestion de Projets chez SLM Modelltechnik GmbH à
Oebisfelde, reconnaît que, même s'il n'est plus possible de travailler sans les ordi-
nateurs, il ne faut pas avoir en eux une confiance absolue. SLM possède une très
grande expérience dans la réalisation de modèles transparents en stéréolithogra-
phie, destinés à l'étude des circuits de refroidissement des culasses et des carters
moteur.
Ces modèles permettent aux concepteurs de vérifier la précision de leurs calculs.
L'efficacité des systèmes de refroidissement de chaque nouveau moteur est ainsi
systématiquement testée par SLM. Afin de vérifier Les données, le modèle de
stéréolithographie est fixé au bloc moteur qui est relié à une pompe à eau et à un
thermostat. Le dispositif est rempli d'eau colorée en bleu, puis subit divers cycles
sans allumage, à froid, sur banc d'essai. L'écoulement est visualisé grâce à de
petites bulles d'air qui sont introduites dans l'eau. Cette série de tests dure de qua-
tre à six semaines. Pour Peter Look, le point le plus important est d'éviter la
présence de zones d'eau ''morte''. Si une défaillance de ce type se présente, le mod-
èle est démonté, la géométrie est modifiée, puis de nouveau testée et analysée.
Une progression considérable de la puissance des moteurs
La raison de tels investissements tient aux moteurs hybrides qui ont engendré le
développement de matériaux extrêmement résistants.
" Le premier diesel à chambre de turbulence, réalisé par VW en 1975, générait env-
iron 25 kW par litre de cylindrée. Aujourd'hui, les moteurs à injection directe haute
pression atteignent 58 kW par litre ", explique Olaf Wilde, responsable chez SLM du
développement des modèles d'analyse d'écoulement.
La fonte, bien plus sensible aux variations de température, est de plus en plus sou-
vent remplacée par l'aluminium. Au cours du développement de la culasse pour le
moteur diesel V6/V8 à transmission par injection directe Common-Rail de l'Audi, les
ingénieurs ont constaté que la zone centrale, à proximité de la chambre de com-
bustion et des conduits d'échappement, pouvaient atteindre ou dépasser 180-
220°C. A ces températures, les matériaux habituels en aluminium atteignent leurs
limites et la conception doit être adaptée en conséquence. Le fonctionnement par-
fait du système de refroidissement est donc d'une extrême importance.
Des tests fonctionnels indispensables
" La conception des moteurs se fait aujourd'hui à l'aide de systèmes de CAO et l'é-
coulement est simulé sur ordinateur par des calculs de dynamique des fluides
(C.F.D.) ", ajoute Peter Look. Toutefois, ces programmes ne peuvent pas à ce jour
simuler la réalité à 100 %.
Secteur:
Automobile
Technologie: Système SLA
®
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vices mentionnés sont des marques ou des marques déposées de leurs entreprises respectives.
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Il faut donc vérifier la précision de leurs prévisions par une analyse
physique de l'écoulement. Ce processus était auparavant extrême-
ment coûteux. Tout d'abord, un noyau d'eau était réalisé à l'échelle
en alliage de bismuth, matériau à bas point de fusion. Une résine très
transparente était coulée autour de celui-ci, permettant son élimina-
tion après durcissement du plastique. Cette procédure avait cepen-
dant certains inconvénients : l'outillage pour créer le noyau d'eau
coûtait très cher, et la précision et la qualité de la surface du modèle
en résine étaient insuffisantes pour une analyse d'écoulement fiable. Il
restait donc une incertitude sur la validité des résultats ainsi obtenus. De
plus, toute modification nécessitait la fabrication d'un nouveau modèle,
par le même processus long et coûteux, après adaptation dans un système
de CAO.
La réalisation rapide de modèles transparents
" Auparavant, la fabrication d'un modèle transparent pour analyse d'écoulement pouvait demander qua-
tre mois. Avec la stéréolithographie, il nous faut 4 à 5 semaines, et pour à peine un tiers du coût du
processus précédent ", précise Olaf Wilde. " Mieux encore, le modèle correspond parfaitement aux don-
nées CAO et l'état de surface répond aux spécifications. "
Autre point très intéressant pour les concepteurs : les modèles sont composés de plusieurs pièces
assemblées, qui peuvent donc être démontées et modifiées séparément. Ils n'ont donc plus besoin d'at-
tendre les résultats de leurs modifications et peuvent constater rapidement les effets d'une nervure sup-
plémentaire ou de la suppression d'une bosse.
Le point de départ : la CAO
" Tout commence avec les données de CAO du noyau d'eau, fournies par les concepteurs du moteur ",
explique P. Look. " Le noyau ''virtuel'' est entouré d'une coquille de quelques millimètres d'épaisseur. Il
est ensuite soustrait, laissant la coquille vide. Les découpes (ou plans de joint) de la coquille sont
définies et les pièces sont modélisées séparément avec des supports et des aménagements pour leur
assemblage. Les coquilles sont fabriquées sur un système de stéréolithographie SLA
®
7000 de 3D
Systems et les sections sont remplies d'une résine transparente. Puis les pièces sont usinées et assem-
blées par goujons et inserts filetés. "
Un riche savoir-faire
" La première fois qu'un département développement de Volkswagen nous a demandé si nous pouvions
produire ce genre de circuits, il y a quatre ans, le processus nous a paru plutôt simple ", se souvient O.
Wilde. " Nous avons rapidement découvert toutes les difficultés qui nous attendaient au moindre détail.
Il nous a fallu quatre mois pour réaliser le premier modèle, et plus d'une année pour maîtriser le proces-
sus pour l'analyse des écoulements. "
Son développement a été conduit en étroite collaboration avec les ingénieurs de VW, qui avaient par-
faitement compris le potentiel du processus, et ont apporté tout leur soutien.
" Aujourd'hui, nous pouvons réaliser ces modèles aussi bien pour des culasses que pour des carters
moteur. La méthode a trouvé d'autres applications, notamment dans les moteurs d'avion, la simulation
du remplissage des moules et le comportement du métal fondu. "
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